一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实，通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子，在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上，利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子，从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造，进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明，该方法能够描述台风海面风场的非对称分布，具有较好的应用前景。     

浙北沿岸海域海面风场反演方法的研究

高质量的海面实况风场是海洋气象监测和预报的基础,卫星反演的大陆沿岸海域海面风场的准确率不高。文章基于反映近地面风速廓线变化的指数律公式,利用浙江北部沿岸海岛或滩涂上布设的中尺度自动站来反演附近海面风场,并使用客观分析方法将反演的离散风场值转换到中尺度网格上,从而获得完整的高分辨率海面风场。指数律中参数α值对于反演风场的准确率至关重要,它主要受到下垫面状况以及大气层结状态的影响,而后者的影响较前者更大。文章使用多个风塔站的风廓线率值进行了反演风场的误差试验,结果表明:目前单一风速廓线还无法取得最优的反演效果,有必要分季节使用多站风速廓线。使用混合风速廓线得到的总体样本的平均偏差为0.04 m·s~(-1),平均绝对误差为1.51 m·s~(-1),均方根误差为2.01 m·s~(-1)。对海面反演风场的优化可以将总体样本的平均绝对误差和均方根误差分别降低到1.28和1.68 m·s~(-1)。     

琼州海峡海面风场特征的观测分析

在检验资料可靠性的基础上，利用船载自动站、浮标站与岸基自动站测风资料分析了琼州海峡海面风速空间变化规律，以及秋冬季节的海面风场的日变化特征。结果表明：(1) 琼州海峡海面风速平均比沿岸风速大3～4 m/s，当沿岸风速≥8.0 m/s(5级)时，海面风速比沿岸大5～6 m/s；(2) 海峡海面阵风系数随着风速加大而减小。沿岸风速<5级时，海面平均阵风系数在1.4～1.5之间，风速≥5级时，平均阵风系数为1.35左右；(3) 秋冬季节，海面的平均风速日较差与风一致率均小于沿岸，当海面出现≥10.8 m/s(6级)强风时，海面与沿岸的风速日较差减小，风一致率增加。     

使用多普勒速度进行台风拟合定位的试验

通过合理的假设,构建一个由8个参数控制的简单台风风场模型。通过计算得到或直接给定参数初值,并以初值为中心双向变化一个步长,8个控制参数的变化组合,形成数千个拟合风场方案。再将这些拟合风场投影到雷达径向上,并在距台风中心的一定范围内与实际多普勒风场进行比较,寻找均方差最小的拟合方案。再将该方案中的参数作为下一次的搜索迭代的中心值,如此反复多次,直至参数中心值不再变化,从而最终确定台风中心坐标。该方法具有较高的“抗干扰性”,定位成功率高,定位精度高。     

基于星载SAR数据和模式资料的海面风场变分融合方法研究

为实现合成孔径雷达数据与数值预报模式资料融合,提高海面风场精度和业务化运用水平,提出了一种基于星载SAR数据与模式资料的变分融合方法。其研究思路是采用二维连续小波变换提取SAR图像中高精度风条纹风向,结合地球物理模型函数求解海面风场的经向分量和纬向分量,然后采用Kriging插值方法将数值预报模式风速插值到SAR海面风场覆盖区域,得到SAR风速观测算子,由此构建SAR风场与模式风场融合的代价函数,并采用变分方法求解分析风场,最终得到融合后的海面风场结果。仿真分析结果表明,变分融合后的海面风速和风向结果更接近于理想值,尤其在SAR海面风场覆盖区域更为明显。选取ENVISAT/ASAR资料和与其时空匹配的欧洲中期天气预报中心模式风场资料开展实例验证,结果表明融合后的海面风场结果比模式风场更加接近于浮标观测结果。     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

西北太平洋台风风场和波浪场特征

通过对西北太平洋１９８６～１９９６年７～１１月有代表性的西行及转向北上的３５个台风（热带低压、热带风暴、强热带风暴、强台风）发生时船舶气象报告中的气象和波浪场资料的统计分析,说明不同强度的台风和在不同的天气形势配置下,由台风引起的风场和波浪场的分布特征是有明显差异的。根据统计分析的结果给出了台风引起的风场和波浪场分布特征的统计模型。此模型对船舶有效的避离恶劣的台风天气和不利的海况,提供更好的海洋气象导航服务,有一定的实用价值     

一种新的单多普勒雷达风场反演方法

本文提出的 VPP(Velocity Plan Processing)方法是根据单位分析单元内部风场是均一的假定条件 ,通过变分的思想得到水平切向风场 ,进而转换成水平风场。文中对单位分析单元大小对反演风场误差的影响进行了分析 ,结果表明 :分析单元方位角跨度大于等于 6°时会得到较高的反演精度。为了验证 VPP的结果 ,进行了模拟及实例反演 ,文中给出了两个反演实例 ,第一实例为梅雨锋过程 ,第二个为中尺度雹暴过程。结果表明可以很好地反演中尺度系统     

南海海面风场变分融合的初步研究

利用二维变分同化(2DVar)方法,把南海海域(110.12~117.92 °E,10.12~17.92 °N)QuikSCAT散射计风场资料融合到区域高分辨率数值模式(华南中尺度天气预报模式GZMM)风场资料中,并利用独立的观测数据(西沙站海面风场观测值)对融合效果进行了检验。得到结论:(1) 风场单点融合试验表明,风场融合设计方案基本合理;(2) 与独立观测数据的偏差分析表明,融合后的风场在经向和纬向的均方根误差分别为2.59 m/s、2.76 m/s,明显好于模式风场(3.63 m/s、2.81 m/s)和散射计风场(2.79 m/s、2.80 m/s),这说明融合的风场优于模式风场和散射计风场;(3) 与独立观测数据的相关性分析表明,融合后的风场在经向和纬向的相关系数分别为0.80和0.81,好于散射计风场(0.74和0.79),而比模式风场(0.91和0.94)的要差。最后讨论了均方根误差与相关系数不一致的可能原因。      

拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究

基于台风边界层的最新观测和研究成果,提出了最大风速半径、边界层风速比、拖曳系数等关键参数的经验方案,并依据垂直平均水平运动方程,建立适用于西北太平洋的工程台风风场模型,最高分辨率为2 km。通过理想试验,验证了所建模型的合理性,并重点关注模拟风场对拖曳系数参数化方案的敏感性。结果表明,不同拖曳系数参数化方案（增长型、饱和型、下降型）对强台风内核区的风场模拟有显著影响,但对最大风速的模拟影响不大。为验证所建模型对实际西北太平洋台风的适用性,选取台风“海葵”（1211）进行个例试验,得到最大风速的平均误差为-0.36 m/s,均方根误差为2.22 m/s。进一步选取我国沿海6个受“海葵”影响的测站,进行模拟风向、风速与观测的对比分析,发现所建台风风场模型能很好地模拟出台风影响过程中的风向转变,但各测站的风速均方根误差在1.61~6.92 m/s之间。较大的风速误差主要出现在位于台风中心附近的测站,意味着我国沿海复杂地形对台风的衰减作用在模型中考虑不足,是未来的改进方向。      

基于CCMP风场的近22年中国海海表风场特征分析

利用ESE(NASA Earth Science Enterprise)提供的1987 年7 月-2009 年12 月CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场资料,对中国海近22 年的海表风场特征进行分析.结果表明,中国海的海表风场具有明显的季节变化;6 级以上大风频率的高值中心集...     

CORRECTION OF ASYMMETRIC STRENGTHENING OF QUIKSCAT WIND FIELD AND ASSIMILATION APPLICATION IN TYPHOON SIMULATION

As an approach to the technological problem that the wind data of QuikSCAT scatterometercannot accurately describe the zone of typhoon-level strong wind speed, some objective factors such as thetyphoon moving speed, direction and friction are introduced in this study to construct the asymmetricstrengthening of the QuikSCAT wind field. Then by adopting a technology of four-dimensional dataassimilation, an experiment that includes both the assimilation and forecasting phases is designed tosimulate Typhoon Rananim numerically. The results show that with model constraints and adjustment, thistechnology can incorporate the QuikSCAT wind data to the entire column of the model atmosphere,improve greatly the simulating effects of the whole-column wind, pressure field and the track as well as thesimulated typhoon intensity covered by the forecast phase, and work positively for the forecasting oflandfall locations.     

ASSIMILATION METHOD FOR RETRIEVING HORIZONTAL WIND FIELD FROM SINGLE-DOPPLER DATA

Doppler weather radar can provide the wind information such as the radial velocity,and hasbecome one of the most powerful means for studies of severe mesoscale and microscale weathersystems.Usually the radar observation provides only plane position indicator(PPI)scanning dataand range height indicator(RHI)scanning data.and this makes some retrieval methods usingthree-dimensional volume scanning data impractical in operation.In order to use these data moreefficiently,a plane assimilation retrieval(PAR)method is developed using data assimilationtechnique on the PPI scanning plane.The PAR method is tested with the observation data ofChinese Academy of Meteorological Sciences(CAMS)Doppler weather radar and the result isencouraging.     

2009年11月汕尾红海湾海面风场的观测分析

广州亚运会帆船帆板的比赛项目于2010年11月在汕尾红海湾广东省水上运动基地举行。根据2009年11月海上浮标观测数据,分析了红海湾赛场的海面风场特征及日变化规律;并根据地面气压场特点和风场日变化特征对海面风场进行了分类;最后,结合海-陆气压差观测数据,初步探讨海陆热力差异与海面风日变化的关系。结果表明:11月红海湾赛场以偏北和偏东风为主,风向具有近似余弦函数的日变化特征;风速的日变化不明显,但午后14—18时弱风和强风的出现机会较少,最适合比赛。11月红海湾赛场的海面风可归纳为海陆型、系统转折型和阴天型三种类型,三种类型的海面风分别占月总日数的46.7%、33.3%和20%。浮标-海丰观测站的气压差与海面风南北分量的变化有密切关系,可作为海面风场的有效预报指标。     

一种新的有限区域曲面拟合方法

本文提出一种在有限区域内对物理量进行曲面拟合的新方法(NMOCSF),该法根据滤波原理进行多重拟合,每次拟合时,拟合函数的最大、最小值点位置与原函数的一致。对比试验表明,NMOCSF的拟合精度比有限元法高,能够分辨出尺度为220km左右的天气系统,且拟合函数在计算区域内连续、光滑、方法稳定。因此在诊断分析中的实际使用价值高于有限元法。     

近10年台湾海峡海面风场的时空特征变化动态分析

利用台湾海峡ASCAT海面风场数据和气象观测资料,通过EOF和统计方法综合分析台湾海峡海面风场2007—2017年10年的时空模态变化特征,使用Mann-Kendall法和滑动t-检验法对10年间海面风速进行突变检验,对台湾海峡海面风场季节变化时空特征进行分析研究。(1) “狭管效应”在台湾海峡海面风场上呈现明显的季节性特征,其中春季、秋季和冬季海面风场季节性特征显著,夏季表现不明显。受台湾岛地形和季风环流影响,台湾岛南北两端海面易出现风速增强的角流区,岛中央山脉背风区易出现低风速尾流区。(2) 10年间台湾海峡海面月平均风场EOF空间模态受台湾岛地形影响显著,台湾海峡海域为异常值偏差中心,易发生风速突然增幅和风向改变。时间模态大体表现为季节性振荡型变化,振幅在10年中表现为不活跃,呈逐年递减趋势。(3) Mann-Kendall法和滑动t-检验法等方法的突变检验结果表明风速并未发生显著性突变,10年间台湾海峡海面风速特征表现为从正相位向负相位的改变,且随着趋势持续加大,将可能发生风速突变。      

利用云导风矢量的台风中心自动定位

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区 ,经过数学形态学处理后便得到台风中心     

台风模拟中QuikSCAT风场的非对称加强订正及同化应用

针对QuikSCAT 散射计风场资料对台风级别的强风速区还无法准确刻画这个技术问题,引入台风移速、移向、摩擦等客观因素对该风场产品资料进行非对称加强订正;然后利用四维同化技术,并设计了先同化后预报两个阶段的试验方案,对“云娜”台风进行了数值模拟试验。试验结果表明：通过模式约束调整,四维同化技术可以把QuikSCAT 海面风场资料引入到整层模式大气中,并对整层风场和气压场的强度及路径模拟都有很大的改进,而且该资料还提高了预报阶段台风强度的模拟效果,并对登陆点的预报起到了积极作用。     

A METHOD OF ESTIMATING TYPHOON CENTRAL WIND BASED ON SEA LEVEL PRESSURE OF THE TYPHOON YEARBOOK OF CHINA

Based on the Typhoon Yearbook data (1980–2000), some wind-pressure fitting relationships were established for different typhoon intensity at the different latitudes of the western North Pacific. As shown in validations with the 2001-2005 data, the relationships (namely, those between minimum sea level pressure (SLP) and maximum sustained wind near a typhoon center) are stable. They may be applied to correct the overestimated typhoon wind speeds in earlier years (1950–1979). Statistical analysis showed that the stronger the typhoon, the more stable this wind-pressure relationship is. Moreover, it is more stable at the lower latitude belt (10°N–30°N). On the basis of this result, a methodology of correcting typhoon’s wind speeds and frequency in these years was put forward, and the climatological series were reconstructed of yearly total typhoon frequencies over the western North Pacific in 1950-1979 and indices were determined of destructive power of typhoons in the offshore regions of China.